Insbesondere die Inhaber "höherer" Lizenzen denken hier glaube ich viel zu kompliziert. Betrachten wir nochmals die Ausgangslage: SEP, Fixprop. Termini wie "feathern" und "MP" können wir also bei Seite legen.
Zunächst schauen wir uns den Prop an. Zum einfacheren Verständnis will ich einige Vereinfachungen treffen:
- Der Wirkungsgrad des Motors (Spritfluss -> Wellenleistung) sei bei 2400 U/min und 2500 U/min identisch
- Der Luftdruck um das Flugzeug sei unveränderlich und in allen betrachteten Situationen identisch.
- Es herrscht Windstille.
- Wir nehmen ein vereinfachtes, symmetrisches Prop-Profil im laminaren Bereich, d.h. Anstellwinkel proportional zu Auftriebsbeiwert proportional zu Widerstandsbeiwert.
Aus diesen beiden Punkten ergibt sich, dass die Wellenleistung P konstant bleibt. Warum erhöht sich also die Drehzahl?
Ein Fixprop hat einen fixen Einstellwinkel, sagen wir einfach mal 12°. Schauen wir uns nun 3 Szenarien an, wobei jedesmal 65% Leistung setzen. Bei fixem Luftdruck sind 65% gleichzusetzen mit einer bestimmten Position des Gashebels und einem bestimmten Spritfluss, d.h. einer bestimmten Wellenleistung.
Am Boden, bei 0kt, beträgt der Anströmwinkel 0° (er liegt in der Prop-Ebene), d.h. der Anstellwinkel liegt bei 12°. Dieser hohe Anstellwinkel führt zu einem hohen Vortriebsbeiwert und damit zu einem hohen Widerstand, der durch ein hohes Moment kompensiert werden muss. P ist fix, M ist hoch, n muss klein sein. Die Drehzahl wird sich nun wohl bei 2200 U/min einpendeln.
Im Horizontalflug bei 90kts beträgt der Anströmwinkel (geschätzt, nicht gerechnet) 6°. Als Anstellwinkel bleiben damit 12° - 6° = 6° übrig. Diese 6° erzeugen einen geringeren Vortriebsbeiwert und somit einem geringeren Widerstandsbeiwert. Daher ist weniger Moment nötig, es gilt wieder P = M * n mit P = const, somit steigt die Drehzahl n.
Und damit ist auch klar, was im Sinkflug bei 110kts passiert. Anströmwinkel steigt auf 7°, Anstellwinkel sinkt auf 5°. Vortriebsbeiwert sinkt, Widerstandsbeiwert sinkt, notwendiges Moment sinkt, P = M * n mit P = const, daher steigt die Drehzahl n.
Somit wäre die Frage der Propeller-Drehzahl geklärt.
Davon völlig unabhängig ist zu betrachten ist die Frage, wie viel Schub der Propeller tatsächlich abgibt. Ein Fixprop ist auf eine bestimmt Motordrehzahl und eine Fluggeschwindigkeit hin optimiert. Dort hat der seinen idealen Arbeitspunkt und erzeugt für eine gegebene Leistung P den maximalen Vortrieb (bzw. den minimalen Widerstand). Nehmen wir einfach mal an, die 2400 U/min und 90kts bei 65% Leistung (Szenario Horizontalflug) wären der ideale Arbeitspunkt. Dann würde der Prop im Sinkflug weniger Vortrieb erzeugen, da er durch die höhere Drehzahl mehr Widerstand erzeugt.
Anschaulich kann man sich auch den Extremwert betrachten. Sagen wir, bei 180kts beträgt der Anströmwinkel 12°. Der Anstellwinkel ist damit 0° und der Prop "schneidet" durch die Luft (symmetrischer Prop) ohne Vortrieb zu erzeugen. Die Drehzahl wird sehr stark steigen und die die gesetzte Leistung geht komplett für den parasitären Widerstand drauf, der durch die Bewegung des Props durch die Luft erzeugt wird.
Soweit meine physikalische Interpretation. Ich freue mich auf Diskussion und Ergänzungen!
Grüße
Johannes
